在抗震救灾中，医院承担着救死扶伤的重要职责，自2008年5.12汶川大地震之后，国家和地方相关部门先后颁布了相关规定，要求提高医院等建筑物的抗震性能。

　　 2009年5月1日施行的《中华人民共和国防震减灾法》规定，进一步提高学校、医院等人员密集场所建设工程抗震设防要求，应按“高于当地房屋建筑的抗震设防要求进行设计和施工”，即抗震设防要求不低于重点设防类，确保学校、医院等人员密集场所建设工程在遭遇罕遇地震作用下不破坏;同时，部分省、自治区(如处于高烈度区的云南、新疆和甘肃等)相关部门颁布了地方性抗震技术规程和行政法规，要求对医院等新建建筑采用隔震或减震技术。

　　 嘉峪关第一人民医院(二期)位于甘肃省嘉峪关市，建筑效果图见图1。项目地上5层，地下1层。结构大屋面标高20.3m，结构平面为矩形，长×宽尺寸71.1m×22.0m，结构高宽比1.29。项目主体采用框架-剪力墙结构体系。

　　 本项目抗震设防类别属于重点设防类(乙类)，设计中采用了基础隔震技术^[1]。项目所在地抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度峰值0.20g，设计地震分组第二组，Ⅱ类场地，场地特征周期0.40s,50年一遇基本风压0.55kN/m²，地面粗糙度类别B类。

　　 采用分部设计方法，对隔震结构的上部结构、隔震层和下部结构及基础等部分分别进行设计^[2]。上部结构设计采用水平减震系数法。为求得水平减震系数，先选取合理的支座布置方案，根据隔震与非隔震结构的各层剪力及倾覆力矩比值求得减震系数(多层结构仅考虑剪力比值)。同时通过静力及动力分析，验算隔震支座的抗风、罕遇地震作用下支座位移、支座的拉应力和压应力等是否满足规范要求。

　　 本项目隔震层设置在基础顶面，其优点是:不影响建筑使用功能;隔震支座上、下支墩的计算高度可以取较小值;支墩截面尺寸较小，满足支座安装尺寸要求即可。

　　 选用和布置橡胶隔震支座时，主要考虑了以下因素:

　　 (1)根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)(2016年版)^[3](简称《抗规》)第12.2.3条，同一隔震层内各个橡胶隔震支座的竖向压应力宜均匀，在重力荷载代表值作用下，竖向压应力不应超过乙类建筑的限值12MPa。

　　 (2)根据甘肃省《混凝土建筑结构基础隔震技术规程》(DB 62/T25-3121-2016)^[4]第3.2.2条第2款要求，隔震层刚度中心宜与上部结构质量中心重合，为确保结构隔震层布置合理、刚度分布均匀，隔震层刚度中心与上部结构质量中心的偏心率小于3%。

　　 (3)为保证抗风装置的有效性和隔震装置在多次地震作用后仍能保持较好的复位性能，隔震层要有足够的水平承载力和弹性恢复力。

　　 (4)在罕遇地震作用下，隔震支座拉应力不应大于1.0MPa，压应力不应大于24MPa。

　　 (5)在罕遇地震作用下，隔震支座的水平位移应小于其有效直径的0.55倍和各橡胶层总厚度3倍二者的较小值。

　　 隔震支座布置三维视图见图2，平面布置见图3。共采用48个隔震支座，橡胶支座最大直径900mm，最小直径800mm。其中，铅芯橡胶隔震支座(LRB)主要布置在结构周边及剪力墙下等水平位移较大及内力较大的部位;普通叠层橡胶支座(LNR)主要布置在结构中部的框架柱下。橡胶隔震支座力学性能参数见表1。

　　 图2 隔震支座布置三维示意图

　　 隔震层平面见图4，隔震支墩截面为1 400×1 400，上支墩高度1.3m，下支墩高度约1.2m;隔震层梁截面:外围900×1 300，内部600×1 200，局部800×1 300;隔震层顶部楼板厚200mm。

　　 本工程采用YJK和ETABS软件对比计算。隔震支座抗拉刚度和抗压刚度不一致^[5,6]，抗拉刚度一般约为抗压刚度的1/10。YJK软件自带隔震支座单元能很好地模拟其拉压刚度不一致的性能。ETABS软件一般采用Isolator1隔震单元，在此单元属性中，拉和压刚度只能定义成一致，导致支座拉应力计算结果偏大。为解决此问题并更好地模拟隔震支座，采用Isolator1隔震单元和Gap缝单元并联的方法。Isolator1隔震单元的竖向刚度取支座实际竖向压刚度的1/10,Gap缝单元的竖向刚度取实际压刚度的9/10，缝隙取0。这样计算时隔震支座的抗拉刚度为Isolator1隔震单元的刚度;隔震支座的抗压刚度为Isolator1隔震单元和Gap缝单元刚度之和。

　　 表2为隔震前后结构自振周期对比，表3为两种软件YJK和ETABS对隔震结构计算结果对比。

　　 (1)隔震支座压应力验算:重力荷载代表值(1.0D+0.5L)作用下，支座最大竖向压应力为11.24N/mm²。乙类建筑橡胶隔震支座在重力荷载代表值作用下的竖向压应力不应超过12N/mm²，本工程支座布置满足压应力限值要求。

　　 (2)隔震层刚度中心与上部结构质量中心偏心率验算:偏心率验算结果见表4，本工程隔震层刚度中心与上部结构质量中心偏心率小于3%，隔震层刚度分布合理、均匀，满足规范^[4]要求。

　　 (3)隔震结构抗风验算:隔震层抗风承载力验算结果见表5，结构总重为230 990kN，风荷载产生的总剪力较大值为1 533kN，小于10%结构总重力;隔震支座水平屈服力为6 404kN，大于风荷载总剪力设计值。

　　 (4)隔震支座弹性恢复力验算:由表6验算结果可知，K₁₀₀T_r>1.40Q_d，隔震橡胶支座的弹性恢复力满足规范^[4]要求。

　　 (1)地震波选取:本工程选取了以8度区(0.20g)反应谱为设计目标谱的5组真实地震记录(天然波1～天然波5)和2组人工地震记录(人工波1～人工波2)来进行非线性时程分析。在设防烈度地震作用下，时程分析加速度的有效峰值为200cm/s²。地震波的选取按以下规定:1)多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱所用的地震影响系数相比，在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%;2)每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%，也不宜大于135%;多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%，也不宜大于120%。

　　 (2)水平减震系数计算与确定:根据《抗规》对隔震结构设计的规定，结构水平剪力减震系数采用中震作用下参数进行计算，地震波加速度峰值PGA=200gal，取7条地震波计算结果的平均值，分析结果见表7。由表7可知，结构层剪力比值的最大值为0.38。

　　 (3)罕遇地震作用下隔震支座最大压应力和最大拉应力验算:罕遇地震作用下，荷载工况已按简化方法考虑竖向地震作用，竖向地震作用按结构重力荷载代表值的20%考虑。

　　 隔震支座拉应力验算采用的荷载组合:0.9×恒荷载±1.0×水平地震-0.5×竖向地震(0.9D±1.0F_ek-0.5×0.2(1.0D+0.5L));隔震支座压应力验算采用的荷载组合:1.0×恒荷载+0.5×活荷载±1.0×水平地震+0.4×竖向地震(1.0D+0.5L±1.0F_ek+0.4×0.2(1.0D+0.5L))。

　　 时程分析计算结果表明:支座的最大竖向压应力值为20.65N/mm²，满足限值24N/mm²;最小竖向压应力值为1.79N/mm²，未出现拉应力。

　　 (4)罕遇地震作用下隔震支座的水平位移验算:隔震层水平位移计算荷载组合为1.0×恒荷载+0.5×活荷载+1.0×水平地震(1.0D+0.5L+1.0F_ek)。

　　 罕遇地震作用下，时程分析结果表明，各支座水平位移最大值为408mm，本工程隔震支座最小直径为800mm，水平位移限值为min(0.55×800,3×150)=440mm>408mm。

　　 (5)罕遇地震作用下结构层间位移角验算:7条大震波作用下(仅考虑支座非线性)，结构最大层间位移角X向1/635(2层)，Y向1/615(2层)。由上述结果可知，如仅考虑支座非线性，不考虑构件非线性，结构在罕遇地震作用下层间位移角远小于规范限值1/100。

　　 上部结构(隔震层以上结构)采用减震系数法设计，减震系数为0.38。根据《抗规》，结构地震作用可按降低一度(7度)计算，由于医院为乙类建筑，结构抗震措施仍按8度采用。同时根据甘肃省《混凝土建筑结构基础隔震技术规程》(DB62/T 25-3121-2016)^[4]第3.1.7条要求，当计算得到的减震系数小于0.40时，用于上部结构设计时的减震系数取值不宜小于0.40，调整系数取0.8。因此隔震后用于上部结构设计的水平地震影响系数最大值取0.08×(0.40×0.16/0.8)，上部结构的抗震措施及构件抗震等级见表8。

　　 隔震层上、下支墩及相连构件，均采用罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行承载力验算。承载力按不计抗震等级调整的标准值验算，同时应满足相应的构造要求。

　　 本项目采用PERFORM-3D程序进行弹塑性分析，对隔震与非隔震结构的抗震性能进行对比。非隔震结构采用非隔震设计计算配筋(尚需满足相关构造要求)，隔震结构采用考虑水平减震系数0.40后的结构计算配筋(尚需满足相关构造要求)。以人工波1(X向为主向输入)计算结果进行对比。

　　 (1)层间位移角和层间剪力

　　 从层间位移角对比结果(图6)可以看出，如结构未采用隔震技术，在满足小震设计基础上，结构在罕遇地震作用下的最大层间位移角为1/152。如按抗震性能化设计，C级性能水准(结构中等破坏)层间位移角需满足1/200;D级性能水准(结构不严重破坏)层间位移角需满足1/110。不采用隔震技术，按传统设计方法，结构只能满足D级性能水准，采用隔震技术，结构的最大层间位移角值为1/285，满足C级性能水准要求。

　　 从结构层间剪力对比结果(图7)可知，采用隔震技术，结构层间剪力大幅度降低，结构承受地震作用也大幅度降低。

　　 (2)构件损伤对比

　　 从图8结果可以看出，在罕遇地震作用下，非隔震结构部分梁构件已经到了CP性能水准，即地震后不能通过修复继续使用，且部分框架柱到了LS性能水准，需通过修复才能继续使用;而隔震结构仅少数梁处于LS性能水准，可通过修复继续使用，框架柱都处于IO性能水准，震后可以继续使用。

　　 (3)结构耗能能力对比

　　 由图9和图10可知，地震输入的能量主要由结构塑性变形和结构粘滞(阻尼)耗散。非隔震结构塑性能量主要通过结构构件的塑性变形来耗能，图10(a)显示大部分由梁塑性耗能，少数由墙柱耗能;图10(b)显示隔震结构除了少数构件塑性耗能之外(仅梁出现塑性变形，墙柱尚未出现)，大部分能量由隔震装置非线性滞回变形耗散，即隔震支座滞回耗能约占整个结构塑性耗能的86%。

　　 (1)处8度区的医疗建筑，采用隔震设计后，结构的周期明显延长，结构前3阶振型周期点对应的反应谱影响系数相应降低，通过计算的水平减震系数可知，结构地震作用可按降低一度(7度)进行计算。

　　 (2)本项目所选的隔震支座能满足抗风验算、罕遇地震作用下支座位移限值要求、支座的拉应力和压应力等限值要求。

　　 (3)在罕遇地震作用下，通过对比此项目非隔震与隔震结构的抗震性能，可知高烈度区建筑若采用隔震技术，结构抗震性能大幅度提高，基本能做到结构在罕遇地震作用后继续使用，这对于医疗建筑来说有重要意义。

　　 (4)在大震作用且结构构件处于非线性的情况下，大震分析应同时考虑支座和构件非线性的影响。仅考虑支座非线性的分析结果(层间位移角等)与同时考虑支座和构件非线性的分析结果差异较大。